（安徽交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 安徽 合肥 230051）

0.引言

截止至2018年年底，我國(guó)已完成公路橋梁建設(shè)84.17萬座，并以每年3.5%的速度持續(xù)增加。然而，隨橋梁服役年限的不斷增加，以及材料老化、自然環(huán)境、施工問題、超負(fù)荷工作等因素，導(dǎo)致多種公路橋梁出現(xiàn)程度不同的損害，對(duì)其運(yùn)行安全和穩(wěn)定造成嚴(yán)重負(fù)面影響。近年來，我國(guó)基礎(chǔ)建設(shè)由施工期逐漸向穩(wěn)定期轉(zhuǎn)化，橋梁檢測(cè)技術(shù)進(jìn)展幅度較大，但無損檢測(cè)技術(shù)尚未成熟，加之結(jié)構(gòu)力學(xué)性能檢測(cè)技術(shù)難度極高。因此，為使檢測(cè)結(jié)果切實(shí)助力于橋梁修復(fù)，公路橋梁檢測(cè)技術(shù)仍有待提高。

1.公路橋梁內(nèi)外缺陷檢測(cè)

1.1 公混橋梁外觀缺陷檢測(cè)

由于橋梁本身的載荷作用、現(xiàn)實(shí)施工誤差導(dǎo)致的施工缺陷以及建筑材料特性、外部環(huán)境因素等影響，現(xiàn)役混凝土橋梁普遍存在蜂窩、開裂、水蝕、麻面、保護(hù)層不同程度脫落等問題。尤其橋梁結(jié)構(gòu)裂縫，成為混凝土橋梁最為常見的病害。國(guó)家《橋梁綜合性能評(píng)價(jià)指標(biāo)》以及國(guó)際建筑領(lǐng)域關(guān)于公路橋梁的性能評(píng)價(jià)體系，對(duì)公路混凝土橋梁服役時(shí)期不同部分的裂縫峰值寬度均有明確限制，其分布特征和具體寬度對(duì)評(píng)價(jià)公路橋梁整體結(jié)構(gòu)可靠性、安全性起到?jīng)Q定性作用。由此可見，裂縫始終是公混橋梁外觀檢測(cè)的關(guān)鍵內(nèi)容。

在常規(guī)的檢測(cè)方法中，普遍是利用專用前測(cè)設(shè)備、檢測(cè)支架等輔助工具，與小型裂縫測(cè)量器、數(shù)碼相機(jī)、鋼尺等形成配合，通過靠近結(jié)構(gòu)表層，進(jìn)行人工觀察測(cè)量、記錄裂痕具體分布情況和特點(diǎn)。上述方法實(shí)際操作需要投入大量人、物成本，檢測(cè)時(shí)間周期較長(zhǎng)、勞動(dòng)強(qiáng)度高、產(chǎn)生資金成本高昂，大規(guī)模的測(cè)量記錄需要通過人工進(jìn)行整理和統(tǒng)籌。因此，此檢測(cè)方法是制約橋梁外觀缺陷檢測(cè)向先進(jìn)、扎實(shí)方向發(fā)展的重要因素。

在人類生產(chǎn)力不斷提高的背景下，國(guó)內(nèi)外相關(guān)學(xué)者針對(duì)橋梁外觀缺陷無損檢測(cè)技術(shù)開發(fā)做出大量研究。美國(guó)麻省理工學(xué)院（Massachusetts Institute of Technology）教授澳瑪?shù)韧ㄟ^無人機(jī)負(fù)載熱成像系統(tǒng)，對(duì)現(xiàn)役美國(guó)部分現(xiàn)役混凝土橋梁進(jìn)行檢測(cè)。研究結(jié)果顯示，具有高分辨率的熱成像系統(tǒng)，能夠方便、準(zhǔn)確、快速的發(fā)現(xiàn)橋面板異常情況。

1.2 公路鋼橋外觀缺陷檢測(cè)

鋼橋工程項(xiàng)目施工采用大量的金屬建材，導(dǎo)致其外觀缺陷普遍表現(xiàn)在橋體結(jié)構(gòu)腐蝕、部件的焊接疲勞性開裂、連接結(jié)構(gòu)疲勞性失效等。腐蝕與連接失效等問題危害性明顯，在常規(guī)檢測(cè)中比較容易記錄。但是，橋體開裂與部件焊接縫分離等問題具有較高的隱蔽性，常規(guī)檢測(cè)技術(shù)時(shí)常難以發(fā)掘，對(duì)鋼橋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)帶來大量安全隱患。尤其是正交鋼橋面板在國(guó)際公路橋梁領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，導(dǎo)致世界范圍內(nèi)疲勞開裂性案例屢禁不止，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)整體使用性能造、安全性能與服役質(zhì)量造成極大負(fù)面影響。

基于公路鋼制橋梁的特點(diǎn)、焊接缺陷、殘余應(yīng)力與施工誤差等因素，連接部分伴隨高強(qiáng)度應(yīng)力集中，進(jìn)而逐漸形成疲勞預(yù)警區(qū)，最終造成疲勞性問題的發(fā)生。由此可見，為確保橋鋼制橋梁的安全穩(wěn)定，需在早期發(fā)現(xiàn)疲勞開裂問題，并及時(shí)采取合理應(yīng)對(duì)措施，遏制開裂現(xiàn)象的進(jìn)一步惡化。在焊接檢測(cè)技術(shù)層面，現(xiàn)階段業(yè)內(nèi)主要方式包括超聲檢測(cè)、熱成像檢測(cè)和射線檢測(cè)等。其中，超聲檢測(cè)方式是目前最為常見的疲勞性問題檢測(cè)技術(shù)，其原理在于利用儀器向被檢測(cè)焊接發(fā)出超聲，通過反射效果獲得被檢對(duì)象內(nèi)在缺陷數(shù)據(jù)，并經(jīng)過計(jì)算機(jī)處理后形成彩色圖像。熱成像檢測(cè)是運(yùn)用探測(cè)儀器測(cè)量被測(cè)對(duì)象自身與背景間的紅外線差距，得出差異性紅外圖像，反饋出相同目標(biāo)的表層溫度具體分布情況。利用熱成像檢測(cè)方法，可以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的遠(yuǎn)距離測(cè)溫和成像，并加以后期處理分析。

近年來，相關(guān)領(lǐng)域?qū)W者開發(fā)出一種全新無損熱成像檢測(cè)方法，用于鋼制橋梁裂縫檢測(cè)。此技術(shù)運(yùn)用裂縫的熱能隔斷效應(yīng)，使橋梁部件表面產(chǎn)生溫度間隔，實(shí)現(xiàn)無損裂縫檢測(cè)。同時(shí)，并利用此技術(shù)在公路橋梁實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證此技術(shù)的真實(shí)性、有效性。此外，巴特利等學(xué)者運(yùn)用紅外線熱成像遙感技術(shù)，遠(yuǎn)程測(cè)量鋼制橋梁疲勞性裂縫，以熱彈性應(yīng)力檢測(cè)為基礎(chǔ)，對(duì)橋梁性能完成量化評(píng)估。除此之外，利用X射線與γ射線的射線檢測(cè)技術(shù)，也是當(dāng)今較為流行的焊縫缺陷測(cè)量方式之一。其原理在于利用射線差異性性能，穿過金屬上下表層，進(jìn)而使膠片出現(xiàn)感光效應(yīng)。在射線檢測(cè)方法對(duì)橋梁進(jìn)行具體檢測(cè)的過程中，由于焊接縫缺陷不同程度的影響，射線穿透焊接縫抵達(dá)膠片的感光度存在差異，進(jìn)而測(cè)量人員利用該原理，完成鋼結(jié)構(gòu)焊接縫隙缺陷的有效檢測(cè)。

綜上所述，超聲檢測(cè)、熱成像檢測(cè)和射線檢測(cè)均為鋼制橋梁焊接縫檢測(cè)的主要方式，并均記錄于國(guó)家相關(guān)文件中。然而，超聲法相對(duì)其他兩種檢測(cè)方式，在微型缺陷檢測(cè)、形狀檢測(cè)以及建筑材料內(nèi)部檢測(cè)方面，仍存在一定不足，其技術(shù)水平需要科研人員進(jìn)一步提升。

1.3 公混橋梁內(nèi)部缺陷檢測(cè)

公混橋梁在混凝土建筑施工時(shí)期，由于存在混合物料的離析、漏震以及碎石架空問題，時(shí)常出現(xiàn)夾層、蜂窩、空洞等施工質(zhì)量問題，導(dǎo)致混合物料凝固后強(qiáng)度大幅下降。在預(yù)應(yīng)力公混橋梁方面，不僅物料澆筑質(zhì)量對(duì)鋼束安全性產(chǎn)生一定負(fù)面影響，而且壓漿密實(shí)度、預(yù)應(yīng)力道孔建造情況也可降低鋼束耐久性。因此，內(nèi)部缺陷作為導(dǎo)致公混橋梁質(zhì)量大幅下降的關(guān)鍵因素，是現(xiàn)階段混凝土橋梁檢測(cè)中極為重要的內(nèi)容，同時(shí)，當(dāng)今常見的無損方法包括超聲檢測(cè)、沖擊波檢測(cè)等。

1.3.1 超聲檢測(cè)方法

超聲檢測(cè)方法是混凝土橋梁常見的無損檢測(cè)技術(shù)之一，其作業(yè)原理在于利用儀器測(cè)量低頻率超聲波在混凝土結(jié)構(gòu)中的傳導(dǎo)效率、主要頻率以及首波幅度等相關(guān)參數(shù)，進(jìn)而對(duì)混凝土缺陷類型、位置和面積進(jìn)行判斷。超聲波在與裂縫、蜂窩等病害遭遇時(shí)，多數(shù)脈沖波將在問題部位散射或反射，大幅降低換能設(shè)備接受的聲波能量，出現(xiàn)聲波主要頻率降低、生程增加等現(xiàn)象，進(jìn)而致使波形產(chǎn)生異化?；跈z測(cè)對(duì)象與檢測(cè)內(nèi)容的差異性，超聲檢測(cè)技術(shù)大致分為對(duì)測(cè)、斜測(cè)和平方法。

1.3.2 沖擊回波檢測(cè)方法

沖擊回波檢測(cè)方法是通過接受瞬時(shí)沖擊彈性波信息，對(duì)信息進(jìn)行波速分析、波形分析以及頻率分析等，判斷混凝土橋梁中的缺陷。沖擊回波檢測(cè)方法適用于公混橋梁部件內(nèi)部缺陷檢測(cè)、厚度缺陷檢測(cè)、波紋管壓漿密度檢測(cè)以及結(jié)合面的密度檢測(cè)等。沖擊回波檢測(cè)方法的檢測(cè)原理在于利用錘擊，使橋梁混凝土結(jié)構(gòu)表層出現(xiàn)secondary wave和primary wave，并傳輸于混凝土主結(jié)構(gòu)內(nèi)不。secondary wave和primary wave受聲阻抗差影響或外部表層界限影響出現(xiàn)反射現(xiàn)象。在混凝土反射波回彈至其結(jié)構(gòu)表層時(shí)，接受傳感設(shè)備將對(duì)而這位移進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量。當(dāng)傳感設(shè)備與沖擊點(diǎn)較為靠近時(shí)，反射主要體現(xiàn)出primary wave反射波位移情況。由于primary wave在橋梁混凝土中發(fā)生多次反射現(xiàn)象，傳感設(shè)備可以檢測(cè)出一個(gè)系統(tǒng)性的低振動(dòng)波譜，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)混凝土內(nèi)部缺陷的有效檢測(cè)。

1.3.3 聲波CT檢測(cè)方法

聲波CT檢測(cè)又稱計(jì)算機(jī)透析城鄉(xiāng)檢測(cè)，其原理在于利用聲波透過橋梁混凝土，在混凝土內(nèi)部蜂窩、密實(shí)度等的作用下，導(dǎo)致聲波出現(xiàn)能量衰變，根據(jù)能量衰變特點(diǎn)和投射波透過波(transmitted wave)走時(shí)，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)重構(gòu)聲波穿越橋梁混凝土?xí)r的吸收系數(shù)和速度分布，完成混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部成像。基于混凝土剪切、彈性模量、波速和密度等因素，當(dāng)混凝土出現(xiàn)內(nèi)部疏松或孔隙時(shí)，將造成聲波在穿越混凝土結(jié)構(gòu)時(shí)波速降低。由此可見，聲波傳導(dǎo)速度是判斷橋梁混凝土密實(shí)、強(qiáng)度指標(biāo)的有效方式。

1.4 橋梁鋼筋腐蝕問題檢測(cè)

橋梁鋼筋的腐蝕是導(dǎo)致混凝土穩(wěn)定性、耐久性、安全性等綜合性能降低的主要原因，由于混凝土開裂、氧離子腐蝕、氯離子腐蝕、碳化腐蝕等作用，造成混凝土內(nèi)部鋼筋出現(xiàn)電化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而出現(xiàn)銹蝕現(xiàn)象。銹蝕現(xiàn)象的發(fā)生，不但可以使鋼筋橫截面縮減，也可導(dǎo)致鋼筋體積出現(xiàn)一定程度的膨脹，使原本緊密相連的鋼筋和混凝土結(jié)構(gòu)丟失握裹力，進(jìn)而使橋梁失去應(yīng)有承載能力。

橋梁鋼筋的檢測(cè)技術(shù)無損方法分為物理檢測(cè)法和電化學(xué)檢測(cè)法兩種。物理檢測(cè)方法是利用測(cè)量鋼筋腐蝕而引發(fā)的物理性能轉(zhuǎn)變，反饋出鋼筋銹蝕程度。其中，物理檢測(cè)方法包括射線法、電阻棒法、熱紅外法等。然而，上述方法多數(shù)處于試驗(yàn)階段，缺乏實(shí)用性論證依據(jù)，并且其檢測(cè)內(nèi)容存在單一性。在電化學(xué)檢測(cè)方法方面，利用測(cè)量鋼筋腐蝕體系的電化學(xué)特性，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)鋼筋銹蝕程度的清晰掌握。電化學(xué)檢測(cè)方法包括交流阻抗法、電阻率法以及電位法等?，F(xiàn)階段，電位法是電化學(xué)檢測(cè)技術(shù)中最為常見的，一種測(cè)量混凝土鋼筋腐蝕度的檢測(cè)技術(shù)無損方法。

2.公路橋梁幾何力學(xué)特性檢測(cè)

2.1 混凝土強(qiáng)度

橋梁混凝土強(qiáng)度結(jié)構(gòu)作為橋梁結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵力學(xué)參數(shù)，對(duì)確保橋梁整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定以及橋梁安全性能均具有直接影響，同時(shí)還是評(píng)定橋梁建筑施工質(zhì)量的重要指標(biāo)。橋梁混凝土檢測(cè)技術(shù)主要包含鉆孔取芯檢測(cè)、回彈檢測(cè)以及超聲與回彈結(jié)合檢測(cè)等。在上述檢測(cè)方法中，鉆孔取芯檢測(cè)為有損法，其它為無損法。

鉆孔取芯檢測(cè)技術(shù)是通過取芯設(shè)備對(duì)橋梁混凝土結(jié)構(gòu)展開的鉆取工作，得到圓柱形混凝土樣本，利用壓力機(jī)對(duì)其進(jìn)行破壞性檢測(cè)，測(cè)量出當(dāng)前服役時(shí)間混凝土的強(qiáng)度的一種有損檢測(cè)方法。此方法具有操作便捷、信息直觀性高、結(jié)果精度高等優(yōu)勢(shì)，但其也存在成本過高、耗時(shí)較長(zhǎng)的缺陷，是一種相對(duì)久遠(yuǎn)的傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)?；貜棛z測(cè)技術(shù)誕生于上世紀(jì)四十年代末期，由瑞士學(xué)者施密特發(fā)明，至今已有六十多年的歷史。回彈檢測(cè)技術(shù)由于其操作簡(jiǎn)單、方便、速度快、價(jià)格低廉等優(yōu)勢(shì)，廣受公路混凝土橋梁檢測(cè)領(lǐng)域好評(píng)，其工作原理在于使用重錘，通過彈擊桿彈擊混凝土表層，測(cè)量重錘彈射長(zhǎng)度，使用回彈值推斷出混凝土強(qiáng)度的一種檢測(cè)方法，同時(shí)回彈檢測(cè)技術(shù)屬于一種混凝土表面硬度測(cè)量法。在具體測(cè)量階段，由于混凝土結(jié)構(gòu)表層硬度和骨料的型號(hào)、種類、配合比等影響，再加之回彈法檢測(cè)技術(shù)國(guó)家規(guī)范與地區(qū)實(shí)際測(cè)量存在一定差異，造成檢測(cè)精準(zhǔn)度不足。此外，回彈檢測(cè)技術(shù)對(duì)于混凝土檢測(cè)的匹配齡期為七天到一千天，對(duì)回彈檢測(cè)技術(shù)的測(cè)量范圍產(chǎn)生極大的限制作用。因此，在傳統(tǒng)公混橋梁檢測(cè)過程中，回彈檢測(cè)技術(shù)僅能作用于結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分布檢測(cè)的途徑，其絕對(duì)強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果智能作為數(shù)據(jù)參考。

超聲和回彈相結(jié)合的綜合檢測(cè)方式，是利用非金屬超聲設(shè)備與回彈設(shè)備之間的配合工作，分別對(duì)混凝土回彈值和聲時(shí)值進(jìn)行測(cè)量，繼而依據(jù)相關(guān)數(shù)學(xué)公式預(yù)算出被檢測(cè)區(qū)域混凝土強(qiáng)度。此方式由Romanian Academy of Architectural and Economic Sciences首次提出，并對(duì)相關(guān)技術(shù)進(jìn)行規(guī)范，受全世界大量技術(shù)人員的重視。綜合檢測(cè)法以兩個(gè)具體參數(shù)映射出橋梁混凝土表層和內(nèi)部的性能，是對(duì)單一性超聲檢測(cè)法和回彈檢測(cè)法的功能性彌補(bǔ)，可以有效降低混凝土含水量和齡期的影響，具有測(cè)量精準(zhǔn)度較高、應(yīng)用范圍廣泛等優(yōu)勢(shì)。并且，可以全方位、立體化反映出橋梁混凝土結(jié)構(gòu)的現(xiàn)實(shí)質(zhì)量，大幅降低測(cè)試偏差，同時(shí)該技術(shù)對(duì)回彈檢測(cè)法水平要求較高。

2.2 結(jié)構(gòu)應(yīng)力

由于施工中的誤差、預(yù)應(yīng)力缺失以及混凝土徐變等原因，公混橋梁混凝土應(yīng)力鋪設(shè)與理論數(shù)據(jù)具有差異。雖然現(xiàn)階段工程荷載實(shí)驗(yàn)可以檢測(cè)出橋梁具體承載水平和基本使用狀態(tài)，然而加載實(shí)驗(yàn)?zāi)芡ㄟ^應(yīng)力提升量推測(cè)活載效應(yīng)，對(duì)應(yīng)力總值難以進(jìn)行準(zhǔn)確推測(cè)。因此，預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁永久荷載前提下的永存應(yīng)力檢測(cè)意義重大。

應(yīng)力釋放檢測(cè)技術(shù)是處理永久荷載前提下結(jié)構(gòu)應(yīng)力檢測(cè)的可行性方式之一，廣泛用于鋼制橋梁預(yù)應(yīng)力檢測(cè)，其基本原理在于利用機(jī)械切割，首先，對(duì)原始約束應(yīng)力測(cè)試部件實(shí)施切割，使應(yīng)力得到釋放。其次，對(duì)切割前和切割后的部件變化進(jìn)行檢測(cè)，得出部件現(xiàn)實(shí)應(yīng)力情況?，F(xiàn)階段，常見的應(yīng)力釋放檢測(cè)技術(shù)主要有截條檢測(cè)、切槽檢測(cè)以及鉆孔檢測(cè)等方式。通過對(duì)應(yīng)力釋放實(shí)驗(yàn)的研究，結(jié)合截面應(yīng)力情況等得出基于應(yīng)力釋放的評(píng)估方法。試驗(yàn)顯示，鉆孔取芯檢測(cè)技術(shù)內(nèi)外干擾因素較多，試驗(yàn)效果較差。應(yīng)力釋放檢測(cè)技術(shù)受內(nèi)外干擾因素影響較低，實(shí)驗(yàn)結(jié)果較為理想，利用測(cè)量機(jī)遇與釋放位置可以有效降低切割生熱問題對(duì)其造成的影響。

2.3 索力

現(xiàn)代化大跨度懸索橋、系桿拱橋吊桿等均采用柔性索力架構(gòu)，其索力值對(duì)橋梁內(nèi)力起到關(guān)鍵的控制性作用。鑒于此，利用合理、準(zhǔn)確、快速的無損檢測(cè)技術(shù)，對(duì)吊桿力和索力進(jìn)行檢測(cè)，是保障橋梁施工質(zhì)量、安全性能等的必要方式?，F(xiàn)階段盛行的主要索力測(cè)試包括以下兩種。

2.3.1 壓力表檢測(cè)方法

壓力表檢測(cè)技術(shù)是依據(jù)油壓千斤頂推算張力和液壓的一種手段，張力和液壓之間存在一定關(guān)系，利用油壓千斤頂指標(biāo)，可以精準(zhǔn)的反映出上述關(guān)系具體內(nèi)容，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)索力的推測(cè)。壓力表檢測(cè)技術(shù)具有簡(jiǎn)單、直觀性高等優(yōu)勢(shì)，是控制橋梁索力的有效方法。然而，由于檢測(cè)設(shè)備體型笨重，導(dǎo)致壓力表測(cè)試技術(shù)又存在便捷度低、設(shè)備移動(dòng)不便等缺點(diǎn)。由此可見，該檢測(cè)技術(shù)適用于服役期橋梁測(cè)試，但不適用于施工階段的索力測(cè)試。

2.3.2 壓力傳感檢測(cè)方法

為精確測(cè)量既定拉索拉力數(shù)值，應(yīng)在錨座和錨頭之間加裝測(cè)力設(shè)備，也就是常見的壓力傳感檢測(cè)方法。此技術(shù)需要在施工時(shí)期加裝壓力傳感設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)橋梁索力實(shí)時(shí)監(jiān)控。壓力傳感檢測(cè)技術(shù)普遍利用振弦壓力傳感設(shè)備與專用讀數(shù)器的配合，達(dá)到索力實(shí)時(shí)監(jiān)控的目的。同時(shí)，該方法對(duì)精度要求較高，并且設(shè)備價(jià)格昂貴，因此，該方法普遍用于其他檢測(cè)方法的補(bǔ)充。

3.結(jié)語

綜上所述，橋梁檢測(cè)技術(shù)已成為融合多種學(xué)科理論的交叉式科研項(xiàng)目。橋梁內(nèi)外缺陷檢測(cè)技術(shù)是檢驗(yàn)橋梁實(shí)際情況的關(guān)鍵內(nèi)容，利用熱成像的檢測(cè)方式優(yōu)勢(shì)明顯，為橋梁外觀檢測(cè)指明方向；超聲和回彈檢測(cè)技術(shù)將單一性超聲檢測(cè)與回彈檢測(cè)優(yōu)點(diǎn)結(jié)合，具有可準(zhǔn)確、快速的實(shí)現(xiàn)大型混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷檢測(cè)的特點(diǎn)；壓力表檢測(cè)方法是橋梁索力檢測(cè)的重點(diǎn)，是檢測(cè)PC橋梁綜合性能的有效方式。